JP2019181538A - レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部の溶け込み深さを精度良く測定できるようにする。【解決手段】レーザ光Ｌと、レーザ光Ｌとは波長の異なる測定光Ｓとを同軸に重ね合わせて溶接部３５に照射する。このとき、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を、溶接方向に対して前後に往復移動するように変化させる。そして、測定光Ｓの前後方向の往復移動中に溶接部３５の溶け込み深さを複数回測定し、複数の測定値に基づいて、溶け込み深さを判定する。【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ溶接装置及びレーザ溶接方法に関するものである。

従来より、溶接部の溶け込み深さを直接測定することで、溶接部の品質を評価するようにしたレーザ溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、レーザ光と測定光とを同軸上に重ね合わせて溶接部のキーホール内部に照射して、キーホールの底部で反射した測定光を、ビームスプリッタを介して光干渉計に入射させるようにした構成が開示されている。ここで、光干渉計では、測定光の光路長を測定できるため、測定した光路長からキーホールの深さを、溶接部の溶け込み深さとして特定するようにしている。

特開２０１２−２３６１９６号公報

しかしながら、例えば、ビームスプリッタが熱によって歪んでしまい、レーザ光と測定光との光軸ずれが生じた場合には、キーホールの深さを正確に特定することができなくなるおそれがある。

具体的に、キーホールの底部の断面は、溶接方向の前方の部分で溶け込みが浅い湾曲形状となっている。ここで、レーザ光よりも溶接方向の前方に測定光が光軸ずれした場合には、キーホールの最深部ではなく、最深部よりも溶け込みの浅い湾曲部分に測定光が照射されることとなる。そのため、キーホールの実際の最深部よりも浅い深さが測定されてしまうおそれがあった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接部の溶け込み深さを精度良く測定することができるようにすることにある。

本発明は、レーザ光で溶接部を溶接するレーザ溶接装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記レーザ光と、該レーザ光とは波長の異なる測定光とを同軸に重ね合わせて前記溶接部に照射する照射部と、
前記測定光の照射位置を、溶接方向に対して前後に往復移動するように変化させる照射位置変化部と、
前記照射部から照射されて前記溶接部で反射した前記測定光に基づいて、該溶接部の溶け込み深さを測定する測定部と、
前記測定光の前後方向の往復移動中に前記測定部で測定された複数の測定値に基づいて、前記溶接部の溶け込み深さを判定する判定部とを備えたことを特徴とするものである。

第１の発明では、測定光の照射位置を、溶接方向に対して前後に往復移動するように変化させている。そして、測定光の前後方向の往復移動中に溶接部の溶け込み深さを複数回測定し、複数の測定値に基づいて、溶け込み深さを判定するようにしている。

これにより、レーザ光と測定光との光軸ずれが生じた場合でも、溶接部の溶け込み深さを精度良く測定することができる。

具体的に、レーザ光よりも溶接方向の前方に測定光が光軸ずれした場合には、溶接部のキーホールの最深部ではなく、最深部よりも溶け込みの浅い部分に測定光が照射されてしまい、キーホールの実際の最深部よりも浅い深さが測定されてしまう。

そこで、測定光の照射位置を、溶接方向に対して前後に往復移動させながら溶け込み深さの測定を行うことで、キーホールの最深部に測定光が照射されるように探索して、レーザ光と測定光との光軸ずれの影響を抑えることができる。そして、例えば、複数の測定値のうち最も大きな値、複数の測定値の平均値、複数の測定値のうち下位数％の平均値などを、最深部の溶け込み深さとして判定すればよい。

また、測定光とともにレーザ光を前後方向に往復移動させながら照射すれば、キーホールの底部を攪拌させて溶け込み深さを平均化させることができる。これにより、高品質に安定して、レーザ加工中の溶融池のキーホール深さを測定することができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記照射位置変化部は、前記照射部を溶接方向に対して前後に往復移動させるように構成されていることを特徴とするものである。

第２の発明では、例えば、照射部が取り付けられたロボットの動作を制御して、照射部を前後方向に往復移動させることで、測定光の照射位置を変化させることができる。

第３の発明は、第１の発明において、
前記照射位置変化部は、所定の回転中心周りに前記測定光の照射位置を旋回移動させるように構成されていることを特徴とするものである。

第３の発明では、例えば、照射部に設けられた平行平板を回転させ、所定の回転中心周りに測定光の照射位置を旋回移動させることで、測定光の照射位置を変化させることができる。

第４の発明は、レーザ光で溶接部を溶接するレーザ溶接方法であって、
前記レーザ光と、該レーザ光とは波長の異なる測定光とを同軸に重ね合わせて前記溶接部に照射するステップと、
前記測定光の照射位置を、溶接方向に対して前後に往復移動するように変化させるステップと、
前記溶接部で反射した前記測定光に基づいて、該溶接部の溶け込み深さを測定するステップと、
前記測定光の前後方向の往復移動中に測定された複数の測定値に基づいて、前記溶接部の溶け込み深さを判定するステップとを備えたことを特徴とするものである。

第４の発明では、測定光の照射位置を、溶接方向に対して前後に往復移動するように変化させている。そして、測定光の前後方向の往復移動中に溶接部の溶け込み深さを複数回測定し、複数の測定値に基づいて、溶け込み深さを判定するようにしている。

これにより、レーザ光と測定光との光軸ずれが生じた場合でも、溶接部の溶け込み深さを精度良く測定することができる。

本発明によれば、溶接部の溶け込み深さを精度良く測定することができる。

本実施形態に係るレーザ溶接装置の模式図である。 レーザ照射ヘッドの構成を示す模式図である。 レーザ光、測定光、キーホールの位置関係を示す側面断面図である。 測定光の光軸ずれが生じたときのレーザ光、測定光、キーホールの位置関係を示す側面断面図である。 測定光の照射位置の軌跡を示す側面図である。 光軸ずれが生じているときに、測定光を前後に往復移動させた場合とさせなかった場合とで、溶け込み深さの測定結果を比較したグラフ図である。 光軸ずれが生じていない場合と、光軸ずれが生じており且つ測定光を前後に往復移動させた場合とで、溶け込み深さの測定結果を比較したグラフ図である。 溶接部の溶け込み深さの測定動作を示すフローチャート図である。 本変形例に係る測定光の照射位置の軌跡を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、レーザ溶接装置１０は、レーザ光Ｌを出力するレーザ発振器１１と、測定光Ｓを出力する光干渉計１２と、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０に向けて照射するレーザ照射ヘッド２０（照射部）と、レーザ照射ヘッド２０が取り付けられてレーザ照射ヘッド２０を移動させるロボット１８と、レーザ照射ヘッド２０やロボット１８の動作を制御してレーザ溶接を行う制御装置１６とを備えている。

レーザ発振器１１は、制御装置１６からの指令に基づいて、レーザ光Ｌを出力する。レーザ発振器１１とレーザ照射ヘッド２０とは、光ファイバ１９で接続されている。レーザ光Ｌは、光ファイバ１９を介して、レーザ発振器１１からレーザ照射ヘッド２０に伝送される。

光干渉計１２は、レーザ光Ｌとは波長の異なる測定光Ｓを出力する測定光発振器１３と、後述する溶接部３５の溶け込み深さを測定する測定部１４とを有する。測定光発振器１３は、制御装置１６からの指令に基づいて、測定光Ｓを出力する。光干渉計１２とレーザ照射ヘッド２０とは、光ファイバ１９で接続されている。測定光Ｓは、光ファイバ１９を介して、光干渉計１２からレーザ照射ヘッド２０に伝送される。

レーザ照射ヘッド２０は、ロボット１８のアーム先端部分に取り付けられており、制御装置１６からの指令に基づいて、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０で結像する。

ロボット１８は、制御装置１６からの指令に基づいて、レーザ照射ヘッド２０を指定された位置まで移動させ、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを走査する。

制御装置１６は、レーザ発振器１１、光干渉計１２、ロボット１８と接続されており、レーザ照射ヘッド２０の移動速度の他に、レーザ光Ｌの出力開始や停止、レーザ光Ｌの出力強度などを制御する機能も備えている。詳しくは後述するが、制御装置１６は、測定部１４で測定された複数の測定値に基づいて、溶接部３５の溶け込み深さを判定する判定部１７を有する。

溶接対象物３０は、上下に重ね合わされた上側金属板３１と下側金属板３２とを有する。レーザ溶接装置１０は、上側金属板３１の上面にレーザ光Ｌを照射することで、上側金属板３１と下側金属板３２とを溶接する。

ここで、本実施形態に係るレーザ溶接装置１０では、レーザ溶接と同時に溶接部３５の溶け込み深さの測定を行うことができるようになっている。

具体的に、図２に示すように、レーザ照射ヘッド２０は、レーザ光Ｌが通過する第１のコリメートレンズ２１及び第１のフォーカスレンズ２２と、測定光Ｓが通過する第２のコリメートレンズ２３及び第２のフォーカスレンズ２４と、レーザ光Ｌと測定光Ｓとを同軸の光束に結合するビームスプリッタ２５と、第１の平行平板２６と、第２の平行平板２７とを有する。

ビームスプリッタ２５は、ダイクロイックミラーであり、レーザ発振器１１からのレーザ光Ｌを透過し、光干渉計１２からの測定光Ｓを反射するように、透過・反射させる波長が設定されている。

このとき、ビームスプリッタ２５で、レーザ光Ｌと測定光Ｓとを十分に分離するために、レーザ光Ｌと測定光Ｓとの波長差を１００ｎｍ以上とすることが望ましい。

第１の平行平板２６及び第２の平行平板２７は、図示しないモータに接続され、制御装置１６からの指令に従って回転する。

レーザ発振器１１から出力されたレーザ光Ｌは、光ファイバ１９を通ってレーザ照射ヘッド２０に送られる。レーザ照射ヘッド２０に入ったレーザ光Ｌは、第１のコリメートレンズ２１によって平行化され、第１のフォーカスレンズ２２によって集光される。第１のフォーカスレンズ２２で集光されたレーザ光Ｌは、ビームスプリッタ２５を透過する。

一方、光干渉計１２から出力された測定光Ｓは、光ファイバ１９を通ってレーザ照射ヘッド２０に送られる。レーザ照射ヘッド２０に入った測定光Ｓは、第２のコリメートレンズ２３によって平行化され、第２のフォーカスレンズ２４によって集光される。その後、測定光Ｓは、ビームスプリッタ２５によって、レーザ光Ｌと同心・同軸上に重ね合わされる。

なお、第２のフォーカスレンズ２４は、溶接部３５から反射した測定光Ｓを、ビームスプリッタ２５を介して、光干渉計１２に再度、入射させる機能も有している。

そして、同軸に重ね合わされたレーザ光Ｌと測定光Ｓとは、制御装置１６によって制御された第１の平行平板２６及び第２の平行平板２７を通ることによって、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置（焦点距離）が決定され、溶接対象物３０の溶接部３５にレーザ光Ｌ及び測定光が照射される。

このとき、レーザ照射ヘッド２０は、第１の平行平板２６及び第２の平行平板２７を回転させることにより、レーザ光Ｌと測定光Ｓとが円軌道となるように回転させ、旋回移動させることができる。つまり、第１の平行平板２６及び第２の平行平板２７は、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を変更可能な照射位置変化部を構成している。

また、ロボット１８によって、レーザ照射ヘッド２０を移動させることで、溶接対象物３０における溶接領域において、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を移動させることができる。つまり、ロボット１８は、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を変更可能な照射位置変化部を構成している。

図３に示すように、レーザ溶接装置１０では、上側金属板３１と下側金属板３２とを有する溶接対象物３０の溶接部３５を溶接するにあたり、溶接対象物３０の上方から上側金属板３１の上面にレーザ光Ｌが照射される。

レーザ光Ｌの照射された溶接部３５は、その上部から溶融し、溶接部３５に溶融池３６が形成される。溶接部３５が溶融する際に、溶融池３６から溶融金属が蒸発し、蒸発時に生じる蒸気の圧力によってキーホール３７が形成される。ここでは、溶融池３６とキーホール３７とを合わせて溶接部３５として扱う。溶融池３６の溶接方向の後方には、溶融池３６が凝固することで凝固部３８が形成される。

このとき、光干渉計１２から出射される測定光Ｓが、ビームスプリッタ２５により、レーザ発振器１１からのレーザ光Ｌと同心・同軸上に重ね合わされ、キーホール３７の内部に照射される。照射された測定光Ｓは、キーホール３７の底部３７ａで反射し、ビームスプリッタ２５を介して、光干渉計１２に入射する。

光干渉計１２に入射した測定光Ｓの光路長は、測定部１４で測定される。測定部１４では、測定した光路長からキーホール３７の深さを、溶接部３５の溶け込み深さとして特定する。レーザ溶接装置１０では、特定した溶け込み深さに基づいて、溶接部３５の良否を判断するようにしている。

以上の構成により、レーザ溶接装置１０は、溶け込み深さ測定機能と、レーザ溶接機能とを同時に行うことを可能とする。

ところで、例えば、ビームスプリッタ２５が熱によって歪んでしまい、レーザ光Ｌと測定光Ｓとの光軸ずれが生じることがある。そして、レーザ光Ｌと測定光Ｓとの光軸ずれが生じた場合には、光干渉計１２が、キーホール３７の深さを実際の深さよりも浅く測定してしまい、溶け込み深さを精度良く測定することができない場合がある。

具体的に、キーホール３７は、溶接部３５で溶融した金属が蒸発し、蒸発時の蒸気の圧力によって形成される。形成されるキーホール３７の形状は、レーザ光Ｌの照射時間や溶融池３６の状態によって変化する。

ここで、キーホール３７の溶接方向の前方の内壁部は、レーザ照射ヘッド２０の移動速度（溶接速度）が速くなるほど、キーホール３７の後方に向かって湾曲した形状となる傾向を示す。そこで、キーホール３７の底部３７ａの湾曲部分の曲率を低減するために、レーザ溶接速度を適切に設定するのが好ましい。

しかしながら、レーザ溶接速度を適切に設定したとしても、キーホール３７の開口径と底部３７ａの孔径とを略等しくするのは困難であり、キーホール３７の溶接方向の前方の内壁部では、溶け込みが浅い湾曲形状が生じてしまうこととなる。

そのため、図４の仮想線で示すように、測定光Ｓが、レーザ光Ｌに対して溶接方向の前方に位置ずれした場合には、キーホール３７の底部３７ａの位置と、測定光Ｓのスポットの中心の位置とが一致しなくなり、測定光Ｓが底部３７ａに照射されない状態が生じ得る。

底部３７ａに測定光Ｓが照射されない状態、例えば、測定光Ｓが、レーザ光Ｌに対して溶接方向の前方に位置ずれして、キーホール３７の前側の内壁部に測定光Ｓが照射された状態では、測定光Ｓの反射した位置を底部３７ａの位置として、光干渉計１２は、キーホール３７の深さを測定する。

つまり、底部３７ａに測定光Ｓが照射されなければ、光干渉計１２は、キーホール３７の深さを実際の深さよりも浅く測定してしまう。図４に示す例では、キーホール３７の実際の深さＤminよりも浅い深さＤを測定することとなる。このように、実際の深さよりも浅く測定したキーホール３７の深さからは、精度良く溶接部３５の検査を行うことはできない。

ここで、光干渉計１２が、キーホール３７を実際の深さよりも浅く測定するのを抑えるためには、的確に測定光Ｓを底部３７ａに照射する必要がある。そこで、以下に、的確に測定光Ｓを底部３７ａに照射するための構成を説明する。

図５に示すように、レーザ溶接装置１０は、溶接対象物３０に対して、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを照射しながら溶接方向に相対的にビームスポットを移動させることで、溶接対象物３０を溶接する。そして、レーザ溶接中に、レーザ照射ヘッド２０を溶接方向に対して前後に往復移動させるように、ロボット１８の動作を制御する。

具体的に、図５で左端側の第１の位置Ｐ１にレーザ照射ヘッド２０が位置している状態から、第１の位置Ｐ１よりも溶接方向の前方の第２の位置Ｐ２に向かって、矢印（１）で示すようにレーザ照射ヘッド２０を前進させながら、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０に照射する。

そして、第２の位置Ｐ２にレーザ照射ヘッド２０が位置している状態から、第１の位置Ｐ１に向かって、矢印（２）で示すようにレーザ照射ヘッド２０を後進させながら、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０に照射する。

次に、第１の位置Ｐ１にレーザ照射ヘッド２０が位置している状態から、第２の位置Ｐ２よりも溶接方向の前方の第３の位置Ｐ３に向かって、矢印（３）で示すようにレーザ照射ヘッド２０を前進させながら、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０に照射する。

そして、第３の位置Ｐ３にレーザ照射ヘッド２０が位置している状態から、第２の位置Ｐ２に向かって、矢印（４）で示すようにレーザ照射ヘッド２０を後進させながら、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０に照射する。

次に、第２の位置Ｐ２にレーザ照射ヘッド２０が位置している状態から、第３の位置Ｐ３よりも溶接方向の前方の第４の位置Ｐ４に向かって、矢印（５）で示すようにレーザ照射ヘッド２０を前進させながら、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０に照射する。

そして、第４の位置Ｐ４にレーザ照射ヘッド２０が位置している状態から、第３の位置Ｐ３に向かって、矢印（６）で示すようにレーザ照射ヘッド２０を後進させながら、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０に照射する。

最後に、第３の位置Ｐ３にレーザ照射ヘッド２０が位置している状態から、第４の位置Ｐ４に向かって、矢印（７）で示すようにレーザ照射ヘッド２０を前進させながら、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓを溶接対象物３０に照射する。

このように、測定光Ｓの照射位置を、溶接方向に対して前後に繰り返し往復移動するように変化させることで、キーホール３７の底部３７ａの探索を行うようにしている。そして、測定光Ｓの前後方向の往復移動中に溶接部３５の溶け込み深さを複数回測定し、複数の測定値に基づいて、溶け込み深さを判定するようにしている。

このように、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を、溶接方向に対して前後に往復移動させながら、キーホール３７に測定光Ｓを照射すれば、略確実に、底部３７ａに測定光Ｓが照射されることとなる。このため、測定光Ｓのスポットの中心と底部３７ａとが一致しない場合でも、測定光Ｓを底部３７ａに照射することが可能となる。

なお、図５に示す例では、測定光Ｓの前後方向の往復移動を、矢印（１）〜（７）の順に行うようにしたが、測定光Ｓをキーホール３７の底部３７ａに照射できるのであれば、往復移動の順番や回数を特に限定するものではない。

以下、測定光Ｓを前後方向に往復移動させた場合とさせなかった場合とで、溶接部３５の溶け込み深さ、つまり、キーホール３７の深さの測定値がどのように変化するのかについて説明する。

図４に示す例では、上側金属板３１の板厚が１ｍｍ、下側金属板３２の板厚が４．３ｍｍであり、測定光Ｓの光軸が、レーザ光Ｌの光軸よりも溶接方向の前方に１００μｍずれているものとする。

図６は、溶接対象物３０の表面又は基準となる仮想の面からの、溶接部３５の溶け込み深さとして、キーホール３７の深さを測定したときのグラフ図である。図６に示すように、測定光Ｓを前後方向に往復移動させなかった場合には、キーホール３７の深さの測定値が３ｍｍ付近を推移している。これに対し、測定光Ｓを前後方向に往復移動させた場合には、キーホール３７の深さの測定値が４ｍｍ付近を推移している。

このことから、測定光Ｓを前後方向に往復移動させた場合の方が、前後方向に往復移動させなかった場合に比べて、キーホール３７の測定値が大きい、つまり、キーホール３７の底部３７ａの深い位置まで探索できていることが分かる。なお、図６の測定値のグラフは、測定光Ｓの前後方向への往復移動中に複数回測定した測定値のうち、下位数％の測定値を抽出して、その移動平均値を示している。

なお、下位数％の測定値を抽出するとは、溶接部３５の溶け込み深さを複数回測定し、溶け込み深さの測定値の最深部側を下位側として、最も深い側の数％の範囲の測定値を抽出し、その平均値としての移動平均値を算出することをいう。

図７では、光軸ずれが生じていない場合と、光軸ずれが生じており且つ測定光Ｓを前後方向に往復移動させた場合とで、溶接部３５の溶け込み深さ、つまり、キーホール３７の深さの測定値を比較している。

図７に示すように、光軸ずれが生じていない場合には、キーホール３７の深さの測定値が４ｍｍ付近を推移している。一方、測定光Ｓを前後方向に往復移動させた場合にも、キーホール３７の深さの測定値が４ｍｍ付近を推移している。つまり、測定光Ｓを前後方向に往復移動させた場合には、光軸ずれが生じていない場合のキーホール３７の底部３７ａの深さと、略同じ深さまで探索できていることが分かる。

以下、溶接部３５の溶け込み深さの測定動作について、図８のフローチャート図を用いて説明する。図８に示すように、まず、ステップＳ１０１では、レーザ照射ヘッド２０においてレーザ光Ｌと測定光Ｓとを同軸に重ね合わせて溶接部３５に照射し、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、レーザ光Ｌ及び測定光Ｓの照射位置を、溶接方向に対して前後に往復移動させ、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、測定部１４が、溶接部３５で反射した測定光Ｓに基づいて、溶接部３５の溶け込み深さを測定し、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、判定部１７が、測定光Ｓの前後方向への往復移動中に測定された複数の測定値が所定の閾値の範囲外であるかを判定する。ステップＳ１０４での判定が「ＹＥＳ」の場合には、測定値が異常であると判断して、ステップＳ１０５に分岐する。ステップＳ１０４での判定が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１０６に分岐する。

ここで、所定の閾値は、例えば、レーザ光Ｌの出力や溶接速度に応じて予め決定される溶け込み深さを示す値であり、言い換えると、予め実験等により求めた、レーザ光Ｌの出力や溶接速度に応じた溶け込み深さとしてのキーホール３７の深さの値であり、判定部１７にテーブルとして記憶されている。

そして、測定値が閾値の範囲外、つまり、測定値が閾値から大きく乖離している場合には、溶け込み深さを正確に測定できていないと判断する。これにより、閾値から大きく乖離している異常値を、キーホール３７の最深部の測定値であると誤って特定してしまうのを抑えることができる。

ステップＳ１０５では、図示しない表示モニタに測定値の異常を警告するメッセージを表示する等、ユーザーに異常を報知して、処理を終了する。

ステップＳ１０６では、判定部１７が、測定光Ｓの前後方向への移動中に測定された複数の測定値に基づいて、溶接部３５の溶け込み深さを特定して、処理を終了する。例えば、複数の測定値のうち、キーホール３７の深さが浅い測定値を除いて、キーホール３７の深さが所定値よりも大きな下位数％の測定値を抽出して、その平均値を算出することで、溶け込み深さを判定する。これにより、複数の測定値のばらつきを抑えて、溶接部３５の溶け込み深さを精度良く特定することができる。

なお、複数の測定値間でばらつきがそれほど生じていないのであれば、複数の測定値のうち最も大きい値や、複数の測定値の平均値を、溶接部３５の溶け込み深さと判定するようにしてもよい。

《変形例》
本実施形態では、ロボット１８の動作を制御して、レーザ照射ヘッド２０を溶接方向に対して前後に往復移動させるようにしたが、この形態に限定するものではなく、例えば、第１の平行平板２６及び第２の平行平板２７の回転角度を調整することで、測定光Ｓの照射位置を変化させてもよい。

具体的に、図９に示す例では、レーザ光Ｌの光軸よりも溶接方向の右斜め前方に測定光Ｓの光軸がずれているものとする。そして、第１の平行平板２６及び第２の平行平板２７の回転角度を調整することで、測定光Ｓの照射位置を、レーザ光Ｓの光軸を回転中心ＲＣとして、時計回りに１８０°旋回移動させる（図９の矢印（１）参照）。これにより、測定光Ｓの照射位置が、レーザ光Ｌの光軸よりも溶接方向の左斜め後方に移動する。

その後、測定光Ｓの照射位置を、レーザ光Ｌの光軸を回転中心ＲＣとして、反時計回りに１８０°旋回移動させる（図９の矢印（２）参照）。これにより、測定光Ｓの照射位置が、レーザ光Ｌの光軸よりも溶接方向の右斜め前方に移動して元の位置に戻る。

このように、測定光Ｓの照射位置を、回転中心ＲＣ周りに繰り返し旋回移動させ、溶接方向に対して前後に往復移動させながら溶け込み深さの測定を行うことで、キーホール３７の最深部に測定光Ｓが照射されるように探索して、レーザ光Ｌと測定光Ｓとの光軸ずれの影響を抑えることができる。

以上説明したように、本発明は、溶接部の溶け込み深さを精度良く測定することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１０ レーザ溶接装置
１４ 測定部
１７ 判定部
１８ ロボット（照射位置変化部）
２０ レーザ照射ヘッド（照射部）
２６ 第１の平行平板（照射位置変化部）
２７ 第２の平行平板（照射位置変化部）
３５ 溶接部
Ｌ レーザ光
Ｓ 測定光

Claims (4)

1. レーザ光で溶接部を溶接するレーザ溶接装置であって、
   前記レーザ光と、該レーザ光とは波長の異なる測定光とを同軸に重ね合わせて前記溶接部に照射する照射部と、
   前記測定光の照射位置を、溶接方向に対して前後に往復移動するように変化させる照射位置変化部と、
   前記照射部から照射されて前記溶接部で反射した前記測定光に基づいて、該溶接部の溶け込み深さを測定する測定部と、
   前記測定光の前後方向の往復移動中に前記測定部で測定された複数の測定値に基づいて、前記溶接部の溶け込み深さを判定する判定部とを備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 請求項１において、
   前記照射位置変化部は、前記照射部を溶接方向に対して前後に往復移動させるように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
3. 請求項１において、
   前記照射位置変化部は、所定の回転中心周りに前記測定光の照射位置を旋回移動させるように構成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
4. レーザ光で溶接部を溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記レーザ光と、該レーザ光とは波長の異なる測定光とを同軸に重ね合わせて前記溶接部に照射するステップと、
   前記測定光の照射位置を、溶接方向に対して前後に往復移動するように変化させるステップと、
   前記溶接部で反射した前記測定光に基づいて、該溶接部の溶け込み深さを測定するステップと、
   前記測定光の前後方向の往復移動中に測定された複数の測定値に基づいて、前記溶接部の溶け込み深さを判定するステップとを備えたことを特徴とするレーザ溶接方法。

Images